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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Mikropumpe zum Fördern eines Fluids mit mindestens einer Einlassöffnung und mindestens einer Auslassöffnung sowie mindestens einer Pumpkammer, die eine fluidische Verbindung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung bildet, wobei in der Pumpkammer ein erster Membranbereich angeordnet ist, der durch einen ersten Antriebsmechanismus betätigbar ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fördern eines Fluids mittels einer derartigen Mikropumpe.
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Mikropumpen sind seit etwa 25 Jahren Gegenstand intensiver Forschung, wie dies beispielsweise aus D. J. Laser, J. G. Santiago, A review of micropumps, J. Micromech. Microeng., 2004, 14, R35-R64, hervorgeht. Die Hauptforschungsrichtung ist dabei die Entwicklung von Verdrängerpumpen. Diese weisen hohe Förderraten auf und sind in der Lage, hohe Gegendrücke zu überwinden. Verdrängerpumpen werden überwiegend aus deformierbaren Membranen aufgebaut, die durch äußere Krafteinwirkung verformt werden. Die Membrananregung kann dabei beispielsweise elektrochemisch, piezoelektrisch, magnetisch, elektrostatisch, pneumatisch oder thermopneumatisch erfolgen. Typischerweise werden die benötigten Dichtventile als passive dichtende Elemente (Klappenventile, Kugelventile, Ventilmembranen), als Strömungsrichter mit anisotropem Verhalten (sogenannte Düsen-Diffusor-Elemente) oder als aktive Elemente (Membranventile) realisiert.
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Diese bekannten Mikropumpen werden durch externe Steuersignale angetrieben. Dabei werden pro Pumpzyklus kleine Flüssigkeitsvolumina durch Einsaugen und Ausstoßen der Flüssigkeit in Vorzugsrichtung gefördert. Üblich sind Ansteuerfrequenzen im Bereich 0,5 Hz bis einige Kilohertz. Die Förderrate ist dabei üblicherweise in einem bestimmten Frequenzbereich proportional zur Steuerfrequenz.
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Übliche Mikropumpen sind in planarer oder vertikaler Chipbauweise aufgebaut. Sie bestehen aus mindestens zwei strukturierten planaren Gestaltungselementen, die durch ein geeignetes Fügeverfahren miteinander verbunden sind. In Siliziumtechnik sind dies beispielsweise zwei strukturierte Siliziumchips, die durch Kleben oder Silizium-Direktbonden miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Chips ist ein innerer Hohlraum, der den fluidischen Durchgangspfad bestehend aus der Pumpkammer, den Ventilen und allen fluidischen Verbindungskanälen enthält, ausgebildet.
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Die Pumpkammer ist in der Regel als flache Kammer ausgeführt, dergestalt, dass eine der flachen Wände als flexible Membran ausgeführt ist und durch einen extern angebrachten Mikroaktor in einer vertikalen Richtung ausgelenkt werden kann. Dadurch entsteht eine Veränderung des Volumens der Pumpkammer, welche die Grundlage für den Flüssigkeitstransport darstellt. Einige Beispiele derartiger Mikropumpen mit unterschiedlichen Antriebsprinzipien sind beispielsweise in P. Woias, „Micropumps - past, progress and future prospects", Sensors and Actuators B 105 (2005) 28-38, gezeigt.
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Der Energieverbrauch einer mit periodischer Verdrängung arbeitenden Mikromembranpumpe nimmt proportional zur Steuerfrequenz zu. Verschiedene Mikrosysteme, z. B. portable oder dezentrale Systeme in der chemischen Analytik oder medizinische Implantate, sind in der Regel aus Batterien oder wiederaufladbaren Stromquellen gespeist. Diese Systeme arbeiten dezentral bzw. sind schlecht zugänglich, können also nicht zu beliebiger Zeit durch Austausch oder Aufladung der Energiequelle gewartet werden. Für derartige Applikationen ist in Hinblick auf eine möglichst lange Betriebszeit der Energieverbrauch der internen Verbraucher eine entscheidende Größe. Die Laufzeit hängt hierbei von der gespeicherten Energie im System (z. B. Batterie) und der Energieaufnahme des Verbrauchers ab (z. B. Mikropumpe). Dies schließt bei Mikropumpen aus, eine gewünschte Förderrate durch eine beliebige Erhöhung der Ansteuerfrequenz zu erreichen, da so der Energieverbrauch unter Umständen unzulässig ansteigt. Zusätzlich ist die Erzeugung von Betriebsspannungen und -strömen mit hohen Ansteuerfrequenzen bei verschiedenen Antriebsprinzipien (z. B. piezoelektrisch oder elektrostatisch) schaltungstechnisch aufwendig und platzintensiv. Es nehmen zudem bei höheren Frequenzen die Leistungsverluste in der Ansteuerelektronik selbst zu.
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Das Entwicklungsziel für eine Mikropumpe, die in einem energiebegrenzten System arbeitet, besteht somit darin, bei möglichst geringer Ansteuerfrequenz eine hohe Förderleistung zu erreichen.
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Um eine Erhöhung der Steuerfrequenz zu vermeiden, wird die Leistungssteigerung von Mikropumpen bezüglich ihrer Flussrate typischerweise durch die Vergrößerung der Membranbereiche (Seitenlänge) erzielt. Folglich nimmt die Baugröße der Mikropumpe zu. Wie später gezeigt wird, nimmt die Flussrate mit zunehmender Baugröße zwar zu, das Gegendruckverhalten wird jedoch gleichzeitig mit größer werdenden Membranabmessungen schlechter. Mikropumpen mit großen Pumpmembranen können somit nur geringere Gegendrücke erreichen als Pumpen mit kleinen Membranen, d. h. die Förderleistung bleibt bei Erhöhung der Förderrate durch Größenskalierung in etwa gleich oder sinkt sogar, da sie durch den sinkenden erreichbaren Gegendruck kompensiert wird.
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Die
DE 33 20 443 C2 offenbart eine Flüssigkeitspumpe bestehend aus einem Hohlkörper mit einem Einlassventil, das an einer Flüssigkeitszufuhr angeschlossen ist, und einem Auslassventil. Der Pumpeffekt wird durch Volumenänderung des Hohlkörpers erzeugt und dieser weist zwei mechanisch schalenförmig vorgespannte piezoelektrische Wandler auf, die so kontaktiert sind, dass sich bei einer Spannungsänderung an den Kontaktierungen der Wandler deren Oberflächen verkleinern. Wie aus den
1 und
2 ersichtlich, sind die beiden piezoelektrischen Wandler auf ein ringförmiges Distanzteil aufgeschweißt und das Einlass- und Auslassventil sind in dem Distanzteil eingefügt. Jeder der beiden Wandler besteht aus einem bilaminaren Material, wobei im Inneren, d. h. mit Kontakt zu der zu pumpenden Flüssigkeit, eine Nickelschicht angeordnet ist und auf der Außenseite die Piezokeramik angeordnet ist.
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Die
DE 699 22 288 T2 offenbart in den
5 bis
21 eine Mikropumpe und ein Herstellungsverfahren für eine Mikropumpe, bei dem in einem Antriebsabschnitt eine Membran mit einem unimorphen Aktuator sowie zwei mikromechanisch hergestellten Ventilen vorgesehen sind. Weiterhin ist ein Deckplattenabschnitt vorgesehen, der auf den Substratabschnitt mit der Antriebseinheit aufgebracht wird und beispielsweise durch ein Glassubstrat gebildet ist. Eine Dichtung, beispielsweise aus Silikonkautschuk, wird zwischen dem Substratabschnitt und dem Deckplattenabschnitt eingespannt.
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Aus der als Stand der Technik bezeichneten
4 der
DE 699 22 288 T2 ist eine Struktur bekannt, die eine kreisförmige Pumpkammer aufweist, auf die bimorphe piezoelektrische Elemente aufgeschweißt sind. Die Einlass- und Auslassventile sind in dem Pumpenkörper eingelassen und die piezoelektrischen Elemente sind unmittelbar auf den Pumpenkörper aufgebracht.
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Die
JP 2005-307876 A offenbart eine Membranpumpe mit einer Pumpenkammer, in der eine Einlassöffnung durch ein Einlassventil geöffnet und geschlossen wird und eine Auslassöffnung von einem Auslassventil geöffnet und geschlossen wird. Die beiden Ventile sind über die Pumpenkammer miteinander fluidisch verbunden. Ein erstes Piezoelement ist auf einer ersten Membran, die durch eine Seitenwand gebildet ist, angeordnet und wird angesteuert, um die Flüssigkeit in die Pumpenkammer zu pumpen. Eine zweite Membran ist auf der anderen Seitenwand der Pumpenkammer angeordnet und wird von einem zweiten Piezoelement angesteuert.
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Aus der
US 3,963,380 ist eine Mikropumpe bekannt, die durch piezoelektrische Membranen betätigt wird. Die Pumpe besitzt eine Kammer mit piezoelektrisch variierbarem Volumen und ein Magnetventil die sequenziell betätigt werden, um eine geringe Flüssigkeitsmenge zu punkten. Diese Sequenz wird durch eine Phasendifferenz zwischen der Ansteuerung der piezoelektrisch aktivierten Kammer und des Magnetventil erzeugt.
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Die Fähigkeit einer Mikropumpe zum Pumpen von Gas wird im Wesentlichen durch das Kompressionsverhältnis bestimmt. Diese Kennzahl beschreibt das Verhältnis zwischen verdrängtem Volumen und Gesamtvolumen der Kammer und wurde in dem europäischen Patent
EP 1458977 B1 eingehend beschrieben. Bedingt durch den planaren Aufbau einer Mikropumpe hat die Pumpkammer typischerweise eine relativ große Grundfläche bei geringer Höhe (flache Kammer). Indem man nun zusätzlich zu einer oder mehreren Pumpmembranen auf der Oberseite der Pumpkammer erfindungsgemäß eine oder mehrere zusätzliche Pumpmembranen auf der Unterseite platziert, kann man das Verdrängungsvolumen vergrößern, ohne dabei die Grundfläche vergrößern zu müssen. Dadurch erhöht sich folglich das Kompressionsverhältnis. Dies verbessert somit die Eigenschaften der Pumpe in Bezug auf den Transport von Gasen.
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Zusammenfassend besitzen die bekannten Lösungen daher die folgenden Nachteile:
- • Der Energieverbrauch der Mikropumpen ist zu hoch.
- • Die Baugröße der Mikropumpen ist zu groß.
- • Die Erzeugung von hohen Ansteuerfrequenzen ist aufwändig und energieineffizient.
- • Die erreichbaren Gegendrücke sind zu gering.
- • Die Förderraten sind zu gering.
- • Die Kompressionsverhältnisse sind gering.
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Es besteht daher das Bedürfnis, eine verbesserte Mikropumpe anzugeben, welche die im Stand der Technik bestehenden Nachteile überwindet und insbesondere eine verbesserte Förderleistung bei geringer Baugröße und reduziertem Energieverbrauch ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Dabei basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, bei der erfindungsgemäßen Mikropumpe mindestens zwei Membranen an unterschiedlichen, beispielsweise einander gegenüberliegenden, Wandungen der Pumpkammer anzubringen. Diese Membranen erfüllen eine Aufgabe, die prinzipiell auch von einer einzigen Membran erfüllt werden könnte. Die erfindungsgemäße Anordnung hat jedoch, wie im Folgenden gezeigt wird, signifikante Vorteile in Hinsicht auf Baugröße, erreichbaren Gegendruck, Kompressionsverhältnis und Energieeffizienz.
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Diese Vorteile werden an einer Dreimembranpumpe und einer Einmembranpumpe erläutert.
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Bei Einsatz eines zusätzlichen zweiten Membranbereichs in einer Anordnung wie sie aus F. Goldschmidtböing, A. Doll, M. Heinrich, P. Woias, H.J. Schrag, U.T. Hopt: „A generic analytical model for micro-diaphragm pumps with active valves" Micromech. Microeng. 2005, 15 No 4, 2005, pp. 673-683, bekannt ist, erhöht der erfindungsgemäße zweite Membranbereich, der im Folgenden auch als Konträrmembran bezeichnet wird, das von der Membran verdrängte Volumen zwischen der Membran und einem Gegenstück (im Folgenden Pumpkammer genannt). Dabei wird die Membranfläche durch eine der Hauptpumpmembran räumlich entgegengesetzte weitere Membran vergrößert. Die weitere Membran kann synchron zur Hauptpumpmembran geschaltet werden. Durch die synchrone Ansteuerung erhöht sich das verdrängte wie auch das angesaugte Volumen in der Pumpkammer, d. h. pro Pumpzyklus kann mehr Volumen über die Ventile in und aus der Pumpkammer umgesetzt werden. Des Weiteren kann in der Ansaugphase der Unterdruck, in der Ausstoßphase der Überdruck, in der Pumpkammer erhöht werden. Durch die erhöhte Druckdifferenz über die Ventile kann ein höherer Massenfluss (durchströmtes Volumen pro Zeit) erreicht werden.
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So genannte Einmembranpumpen, bestehend aus passiven Rückschlagventilen der passiven Strömungsgleichrichtem, einer Pumpkammer und einer Pumpmembran können durch die erfindungsgemäße Konträrmembran ebenfalls erweitert werden. Durch die größere Volumenverdrängung in der Pumpkammer wird, wie oben angesprochen, eine Reduktion der Ansteuerfrequenz bei gleicher Pumprate erreicht, oder die Pumprate bei gleicher Ansteuerfrequenz erhöht. Ebenso kann eine Miniaturisierung einer Einmembranpumpe bei gleichbleibender Flussrate und maximal erreichbarem Gegendruck durchgeführt werden bzw. die erzielbaren Gegendrücke durch die Erweiterung um eine Konträrmembran gesteigert werden.
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Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende Einzelheiten der erfindungsgemäßen Mikropumpe sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Mikropumpe;
- 2 eine schematische Querschnittansicht einer bekannten Mikropumpe;
- 3 eine vergleichende Darstellung der theoretischen Flussrate ohne angelegten Gegendruck über der Ansteuerfrequenz einer bekannten Dreimembranpumpe und einer Dreimembranpumpe mit Konträrmembran;
- 4 eine vergleichende Darstellung des theoretisch erreichbaren Gegendrucks über der Ansteuerfrequenz einer Dreimembranpumpe und einer Dreimembranpumpe mit erfindungsgemäßer Konträrmembran;
- 5 eine graphische Darstellung des Verhältnisses von verdrängtem Volumen und fluidischer Kapazität einer Aktormembran.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Mikropumpe 100 mit einer Konträrmembran 106 im direkten Vergleich zu einer bekannten Dreimembranmikropumpe 200 nach F. Goldschmidtböing, A. Doll, M. Heinrich, P. Woias, H.J. Schräg, U.T. Hopt: „A generic analytical model for micro-diaphragm pumps with active valves" Micromech. Microeng. 2005, 15 No 4, 2005, pp. 673-683, wie sie in 2 skizziert ist, dargestellt. Im Wesentlichen repräsentiert die in 1 gezeigte Ausführungsform die Erweiterung einer Dreimembranpumpe 200 durch die erfindungsgemäße Konträrmembran 106. Die Konträrmembran 106 befindet sich dabei auf der gegenüberliegenden Seite einer Pumpmembran 107 und bildet mit dem Zwischenraum zwischen Konträr- und Hauptpumpmembran die Pumpkammer 108.
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Die erfindungsgemäße Mikropumpe 100 ist auf einem Substrat 114 aufgebaut und im Wesentlichen durch zwei geeignet strukturierte Siliziumstrukturen 110 und 112, einen Pumpenkörper und ein Membranelement, gebildet, die durch eine geeignete Bondschicht 118 miteinander verbunden sind. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind insgesamt vier flexible Membranbereiche vorgesehen, die jeweils durch piezoelektrische Antriebe betätigt werden. Neben den Ventilmembranen für die Ansteuerung der Einlassöffnung 102 und der Auslassöffnung 104 ist der piezoelektrisch angetriebenen Hauptpumpmembran 107 die erfindungsgemäße Konträrmembran 106 gegenübergestellt, die simultan mit der Pumpmembran 107 betätigt wird. Wie schematisch aus 1 erkennbar, werden die beiden Membranen 106 und 107 so betätigt, dass sie sich gleichzeitig in Richtung aufeinander zu oder voneinander weg bewegen, sodass, wie im Detail noch ausgeführt wird, das verdrängte Volumen maximal erhöht werden kann.
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2 zeigt zum Vergleich eine bekannten Dreikammermikropumpe 200, bei der nur eine einzige piezoelektrisch aktuierte Pumpmembran 207 in der Pumpkammer 208 vorgesehen ist.
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3 zeigt die theoretisch ermittelten Flussraten der beiden Mikropumpen aus den 1 und 2 im Vergleich. Die Kurve 301 ist dabei der Anordnung aus 1, die Kurve 302 der Pumpe aus 2 zugeordnet. Es ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Konträrmembran 106 die Ansteuerfrequenz der Mikropumpe, bei der die maximale Pumprate (optimale Flussrate) erzielt wird, mehr als halbiert (hier von 55 Hz auf 25 Hz).
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Ebenso kann der maximal erzielbare Gegendruck der Mikropumpe bei niedrigen Frequenzen erhöht werden, wie dies aus 4 deutlich wird. Hier bedeutet die Kurve 401 wiederum das Verhalten der Pumpe 100 aus 1 im Vergleich zu dem Verhalten der Pumpe 200 aus 2 gemäß Kurve 402.
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Die erfindungsgemäße Konträrmembran erhöht das von der Membran verdrängte Volumen zwischen der Membran und einem Gegenstück (im Folgenden Pumpkammer genannt). Dabei wird die Membranfläche durch eine der Hauptpumpmembran räumlich entgegengesetzte weitere Membran vergrößert. Die weitere Membran kann synchron zur Hauptpumpmembran geschaltet werden. Durch die synchrone Ansteuerung erhöht sich das verdrängte bzw. angesaugte Volumen in der Pumpkammer, d.h. pro Pumpzyklus kann mehr Volumen über die Ventile in und aus der Pumpkammer umgesetzt werden. Des Weiteren kann in der Ansaugphase der Unterdruck, in der Ausstoßphase der Überdruck, in der Pumpkammer erhöht werden. Durch die erhöhte Druckdifferenz über die Ventile kann ein höherer Massenfluss (durchströmtes Volumen pro Zeit) erreicht werden.
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Die Leistungsaufnahme einer Mikropumpe soll im Folgenden anhand des piezoelektrischen Antriebs ohne Ladungsrückgewinnung betrachtet werden. Bei diesem Antriebskonzept ist die Leistungsaufnahme hauptsächlich durch das Umladen der Piezomembranaktoren bestimmt. Um eine Längenänderung des Piezoaktors zu erreichen, wird eine Ladung Q auf diesen aufgebracht. Diese Ladung bleibt idealerweise auf dem Piezoaktor gespeichert. Um die Längenänderung rückgängig zu machen, wird die Ladung auf dem Piezoaktor häufig gegen Masse kurzgeschlossen, d.h. die eingespeiste elektrische Energie geht verloren. Um eine im Vergleich zu oben umgekehrte Längenänderung zu erreichen, wird der Aktor mit entgegengesetzter Ladung belegt. Der Anfangszustand wird durch erneutes Kurzschließen der Ladung erreicht.
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Die benötigte Energie zum Laden eines Piezoaktors hängt hierbei von seiner Kapazität C und der angelegten Spannung U
+ bzw. U
- im Quadrat ab:
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Diese Energie wird durch ohmsche Verluste und den Kurzschluss gegen Masse vollständig dissipiert.
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Während eines Pumpzyklus wird jeder Aktor der Pumpe jeweils einmal mit positiver Spannung U+ und negativer Spannung U. beaufschlagt. Werden die entsprechenden Energien addiert und mit der Pumpfrequenz f multipliziert, erhält man die Leistungsaufnahme der Mikropumpe:
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Die elektrische Gesamtkapazität Cges (Summe aller elektrischen Aktorkapazitäten) einer Viermembranpumpe (Dreimembranpumpe plus Konträrmembran, wie sie in 1 dargestellt ist) ist bei typischem Aufbau (mit kleineren Ventilmembranen und größerer Pumpmembran) geringer als die doppelte Gesamtkapazität einer Dreikammerpumpe. Nach Gleichung 2 kann somit Energie eingespart werden, wenn die Ansteuerfrequenz mehr als halbiert wird bzw. das Produkt n aus der Gesamtkapazität und Steuerfrequenz verringert wird.
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Durch die erfindungsgemäße Konträrmembran kann eine Reduktion der Ansteuerfrequenz (siehe 3) erreicht werden. Hier verringert sich das Produkt n und somit der Energieverbrauch um 40 %.
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Somit bietet die erfindungsgemäße Anordnung die folgenden Vorteile:
- • Die Konträrmembran erhöht die Volumenverdrängung.
- • Die Konträrmembran erhöht den erzielbaren Gegendruck.
- • Durch den Einsatz einer Konträrmembran wird Energie eingespart (hier 40 %.)
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Das Verhältnis zwischen der Volumenverdrängung der Pumpmembran Vp und ihrer fluidischen Kapazität C
P (Volumenauslenkung pro angelegten Druck) kennzeichnet den erzielbaren maximalen Gegendruck eines in Mikropumpen vorkommenden Membranaktors.
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Wie in 5 zu erkennen ist, verhält sich die Abhängigkeit des erzielbaren maximalen Gegendrucks und der Membrangröße nicht konstant, das heißt, mit kleineren Membranen können höhere Gegendrücke erzielt werden. Somit lässt sich mit einer einfachen Vergrößerung der Pumpmembran im Dreimembranpumpenmodell nicht das gleiche Gegendruckverhalten erzielen, das mit mehreren kleineren Membranen gleicher Gesamtfläche oder Gesamtverdrängung erreicht wird.
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Die erfindungsgemäße Konträrmembran nutzt diesen Effekt. Dabei werden zwei oder mehrere Pumpmembrananordnungen auf gegenüberliegenden Seiten eingesetzt. Das Resultat ist eine Mikropumpe mit vergrößerter Pumpmembran, bei gleichbleibender Größe, Gegendruckverhalten und gesteigerter Energie- und Pumpeffizienz.
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Des Weiteren kann durch eine Adaption der Konträrmembran eine weitere Miniaturisierung der Pumpmembran, bei gleichen Pumpleistungsdaten durchführt werden.
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Im Folgenden sollen die erreichbaren Verbesserungen bezüglich der Miniaturisierung, Erhöhung der Volumenverdrängung, Erhöhung des erzielbaren Gegendrucks und Energieoptimierung anhand von Zahlenbeispielen illustriert werden.
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Wird eine Pumpaktormembran mit einem Durchmesser von 12 mm durch eine Membran der Größe 10 mm zusammen mit einer Konträrmembran ersetzt, lässt sich bei gleicher Volumenverdrängung eine Drucksteigerung von ca. 40 % erzielen bei gleichzeitiger Miniaturisierung der Pumpengröße. Die Zahlenbeispiele gelten für die von den Erfindern entwickelten Mikropumpen und können bei anderen Mikropumpen abweichen.
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Durch den Einsatz einer Konträrmembran lässt sich bei gleicher Baugröße die Volumenverdrängung in der Pumpkammer verdoppeln, wobei der maximal erreichbare Gegendruck nicht vermindert wird.
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Der maximal erreichbare Gegendruck einer Mikropumpe kann durch Reduktion der Membrangröße erhöht werden. Der Einsatz einen Konträrmembran verdoppelt dabei das pro Zyklus verdrängte Volumen.
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Durch Einsatz einer Konträrmembran in einer Dreimembranpumpe kann bei gleich bleibender Baugröße und Flussrate die Ansteuerfrequenz halbiert werden. Dies resultiert in einer Energieersparnis der Mikropumpe um ca. 40% bei einhergehender Steigerung des erzielbaren Gegendrucks.
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Einmembranpumpen, bestehend aus passiven Rückschlagventilen oder passiven Strömungsgleichrichtern, einer Pumpkammer und einer Pumpmembran können durch die erfindungsgemäße Konträrmembran ebenfalls erweitert werden. Durch die größere Volumenverdrängung in der Pumpkammer wird, wie oben angesprochen, eine Reduktion der Ansteuerfrequenz bei gleicher Pumprate erreicht, bzw. die Pumprate bei gleicher Ansteuerfrequenz erhöht. Ebenso kann eine Miniaturisierung einer Einmembranpumpe bei gleich bleibender Flussrate und maximal erreichbarem Gegendruck durchgeführt werden oder die erzielbaren Gegendrücke durch die Erweiterung um eine Konträrmembran gesteigert werden.
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Wird die erfindungsgemäße Konträrmembran im Vergleich zur Hauptpumpmembran geometrisch leicht versetzt angeordnet, kann eine zusätzliche Verminderung des Durchflusswiderstandes in der Pumpkammer erzielt werden.
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Die parallele oder leicht phasenverschobene Ansteuerung der Pumpmembran kann ebenfalls eingesetzt werden, um gewünschte Effekte, wie Gasblasentoleranz und verbesserte Selbstansaugung zu erreichen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mikropumpen, und insbesondere auf membranbetriebene Mikropumpen. Derartige Mikropumpen können um eine weitere auf der gegenüberliegenden Seite befindliche Membran (Konträrmembran) erweitert werden. Dabei weist die erfindungsgemäße Konträrmembran je nach Pumpentyp positive Eigenschaften auf. Einmembranpumpen werden erheblich leistungsfähiger, Dreimembranpumpen werden insgesamt leistungsfähiger und energieeffizienter. Allen Pumpen ist gemein, dass die erfindungsgemäße Konträrpumpmembran die Gegendruckcharakteristik verbessert.
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Bereits kommerziell verfügbare Mikropumpen können somit durch die erfindungsgemäße Konträrmembran stark verbessert werden. Insbesondere können viele der in P. Woias, „Micropumps - past, progress and future prospects", Sensors and Actuators B 105 (2005) 28-38, dargestellten bekannten Mikropumpen mit einer solchen Konträrmembran ausgestattet werden.
